Onda ionosférica

La ionosfera es una región de la atmósfera superior , desde aproximadamente 80  km (50 millas) hasta 1000  km (600 millas) de altitud, donde el aire neutro se ioniza por fotones solares , partículas solares y rayos cósmicos . Cuando las señales de alta frecuencia entran en la ionosfera con un ángulo bajo, la capa ionizada las desvía hacia la Tierra. ^{[ 1 ]} Si la ionización máxima es lo suficientemente fuerte para la frecuencia elegida, una onda saldrá por la parte inferior de la capa hacia la Tierra, como si se reflejara oblicuamente en un espejo. La superficie terrestre (suelo o agua) refleja entonces la onda descendente de vuelta hacia la ionosfera.

Cuando se opera a frecuencias ligeramente inferiores a la frecuencia máxima utilizable , las pérdidas pueden ser bastante pequeñas, por lo que la señal de radio puede efectivamente "rebotar" o "saltar" entre la Tierra y la ionosfera dos o más veces (propagación multisalto), incluso siguiendo la curvatura de la Tierra. En consecuencia, incluso señales de tan solo unos pocos vatios pueden recibirse a miles de kilómetros de distancia. Esto es lo que permite que las emisiones de onda corta viajen por todo el mundo. Si la ionización no es lo suficientemente grande, la onda solo se curva ligeramente hacia abajo y, posteriormente, hacia arriba al pasar el pico de ionización, de modo que sale de la parte superior de la capa con un ligero desplazamiento. La onda se pierde entonces en el espacio. Para evitar esto, debe elegirse una frecuencia más baja. Con un solo "salto",  se pueden alcanzar distancias de hasta 3500 km (2200 millas). Se pueden realizar transmisiones más largas con dos o más saltos. ^{[ 2 ]}

Las ondas ionosféricas dirigidas casi verticalmente se denominan ondas ionosféricas de incidencia casi vertical ( NVIS ) . En ciertas frecuencias, generalmente en la región de onda corta baja , las ondas ionosféricas de alto ángulo se reflejan directamente hacia el suelo. Al regresar al suelo, la onda se extiende sobre una amplia área, lo que permite comunicaciones dentro de un radio de varios cientos de millas de la antena transmisora. NVIS posibilita comunicaciones locales y regionales, incluso desde valles bajos, a una gran área, por ejemplo, un estado entero o un país pequeño. La cobertura de un área similar mediante un transmisor VHF de línea de visión requeriría una ubicación en la cima de una montaña muy alta. Por lo tanto, NVIS es útil para redes estatales, como las necesarias para comunicaciones de emergencia. ^{[ 3 ]} En la radiodifusión de onda corta, NVIS es muy útil para transmisiones regionales dirigidas a un área que se extiende desde la ubicación del transmisor hasta varios cientos de millas, como sería el caso de un país o grupo lingüístico al que se debe llegar desde dentro de las fronteras de ese país. Esto será mucho más económico que utilizar múltiples transmisores de radiodifusión FM (VHF) o AM. Las antenas adecuadas están diseñadas para producir un lóbulo fuerte en ángulos elevados. Cuando la propagación por onda ionosférica de corto alcance no es deseable, como cuando una emisora ​​de AM desea evitar la interferencia entre la onda terrestre y la onda ionosférica, se utilizan antenas antidesvanecimiento para suprimir las ondas que se propagan en ángulos más elevados.

Para cada distancia, desde la transmisión local hasta la de máxima distancia (DX), existe un ángulo de elevación óptimo para la antena, como se muestra aquí. Por ejemplo, para alcanzar mejor un receptor a 500 millas de distancia durante la noche utilizando la capa F , se debe elegir una antena con un lóbulo fuerte a 40 grados de elevación. Para las distancias más largas, un lóbulo con ángulos bajos (inferiores a 10 grados) es lo mejor. Para NVIS, los ángulos superiores a 45 grados son óptimos. Las antenas adecuadas para larga distancia serían una Yagi alta o una rómbica; para NVIS, un dipolo o un conjunto de dipolos a aproximadamente 0,2 longitudes de onda sobre el suelo; y para distancias intermedias, un dipolo o una Yagi a aproximadamente 0,5 longitudes de onda sobre el suelo. Los diagramas de radiación verticales para cada tipo de antena se utilizan para seleccionar la antena adecuada.

A cualquier distancia, las ondas ionosféricas se desvanecen. La capa de plasma ionosférico con suficiente ionización (la superficie reflectante) no es fija, sino que ondula como la superficie del océano. La variación en la eficiencia de reflexión de esta superficie cambiante puede provocar cambios en la intensidad de la señal reflejada, causando desvanecimiento en las emisiones de onda corta. Un desvanecimiento aún más grave puede ocurrir cuando las señales llegan a través de dos o más trayectorias, por ejemplo, cuando las ondas de un solo salto y las de doble salto interfieren entre sí, o cuando una señal de onda ionosférica y una señal de onda terrestre llegan con una intensidad similar. Esta es la causa más común de desvanecimiento en las señales de radiodifusión AM nocturnas. El desvanecimiento siempre está presente en las señales de onda ionosférica y, salvo en el caso de señales digitales como la Radio Mundial Digital, limita seriamente la fidelidad de las emisiones de onda corta.

Guglielmo Marconi fue el primero en demostrar que las radios podían comunicarse más allá de la línea de visión, utilizando las propiedades reflectantes de la ionosfera. El 12 de diciembre de 1901, envió un mensaje a unos 3500 km (2200 millas) desde su estación transmisora ​​en Cornualles , Inglaterra, hasta St. John's , Terranova (actualmente parte de Canadá ). Sin embargo, Marconi creía que las ondas de radio seguían la curvatura de la Tierra; las propiedades reflectantes de la ionosfera que permiten las "ondas ionosféricas" aún no se comprendían. El escepticismo de la comunidad científica y de sus competidores en el telégrafo por cable impulsó a Marconi a seguir experimentando con transmisiones inalámbricas y proyectos comerciales relacionados durante las décadas siguientes. ^{[ 10 ]} 

En junio y julio de 1923, Guglielmo Marconi completó sus transmisiones de tierra a barco durante la noche en la banda de 97 metros desde la estación inalámbrica de Poldhu , Cornualles , hasta su yate Ellette en las islas de Cabo Verde , frente a la costa occidental de África. En septiembre de 1924, Marconi transmitió durante el día y la noche en la banda de 32 metros desde Poldhu hasta su yate en Beirut . En julio de 1924, Marconi firmó contratos con la Oficina General de Correos británica (GPO) para instalar circuitos de telegrafía de onda corta de alta velocidad desde Londres a Australia, India, Sudáfrica y Canadá como elemento principal de la Cadena Inalámbrica Imperial . El servicio de radiotelegrafía de onda corta entre el Reino Unido y Canadá entró en funcionamiento comercial el 25 de octubre de 1926. Los servicios de radiotelegrafía entre el Reino Unido y Australia, Sudáfrica e India entraron en servicio en 1927.

En las bandas de onda corta hay mucho más espectro disponible para la comunicación a larga distancia que en las bandas de onda larga; y los transmisores, receptores y antenas de onda corta eran muchísimo menos costosos que los transmisores de cientos de kilovatios y las antenas monstruosas necesarias para la onda larga.

Las comunicaciones de onda corta comenzaron a crecer rápidamente en la década de 1920, ^{[ 11 ]} de forma similar a internet a finales del siglo XX. Para 1928, más de la mitad de las comunicaciones de larga distancia habían pasado de los cables transoceánicos y los servicios inalámbricos de onda larga a la transmisión de onda corta por "salto", y el volumen total de comunicaciones transoceánicas de onda corta había aumentado enormemente. La onda corta también eliminó la necesidad de inversiones multimillonarias en nuevos cables telegráficos transoceánicos y enormes estaciones inalámbricas de onda larga, aunque algunos cables telegráficos transoceánicos y estaciones de comunicaciones comerciales de onda larga existentes siguieron en uso hasta la década de 1960.

Las compañías de cable comenzaron a perder grandes sumas de dinero en 1927, y una grave crisis financiera amenazó la viabilidad de las compañías de cable que eran vitales para los intereses estratégicos británicos. El gobierno británico convocó la Conferencia Imperial de Radiocomunicaciones y Cable ^{[ 12 ]} en 1928 "para examinar la situación surgida como resultado de la competencia de la radiocomunicación por haz con los servicios de cable". Recomendó y obtuvo la aprobación del gobierno para que todos los recursos de cable e inalámbricos en el extranjero del Imperio se fusionaran en un solo sistema controlado por una compañía recién formada en 1929, Imperial and International Communications Ltd. El nombre de la compañía se cambió a Cable and Wireless Ltd. en 1934.